亥姆霍兹线圈磁场 南昌大学 物理实验(可打印修改) (2)

南昌大学物理实验报告

课程名称：普通物理实验（1）

实验名称：亥姆霍兹线圈磁场

学院：理学院专业班级：应用物理学152班学生姓名：学号：

实验地点：基础实验大楼B212 座位号：26 实验时间：第七周星期四上午十点开始

一、实验目的：

1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。

2.测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。

二、实验原理：

1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场（1）载流圆线圈磁场

根据比奥-萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点磁感应强度B 为

(1)

2

3222

00)(2x R IR N B +=

μ式中为真空磁导率，R 为线圈的平均半径，为圆线圈的匝数，I 通过线圈的电流x 为轴线上某H/m 10π47-0?=μ0N 一点到圆心O 的距离.因此它在轴线上磁场分布图如图(1)所示。

（2）亥姆霍兹线圈

所谓亥姆霍兹线圈是两个相同的圆线圈，彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：当线圈间距a 等于线圈半径R 时，两线圈合磁场在轴线上（两线圈圆心连线）附近比较大范围内是均匀的，如图（2）所示.这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。

1.测量圆电流线圈轴线上磁场的分布

（1）仪器使用前，请先开机预热5min接好电路，调零.

（2）调节磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为I=200mA，以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0 B

mm测一个值，测量过程中注意保持励磁电流值不变，记录数据并作出磁场分布曲线图.

m

2.测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布

（1）关掉电源，把磁场实验仪的两组线圈串联起来（注意极性不要接反），接到磁场测试仪的输出端钮，调零.

（2）调节磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍为I=200mA，以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点，B

每隔10.0 mm测一个值.记录数据并作出磁场分布曲线图.

m

五、实验数据与处理：

1．圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据（注意坐标原点设在圆心处，要求列表记录，表格中包括测点位置，并在表格中表示出各测点对应的理论值），在坐标纸上画出实验曲线。

≈

Bmax时，记录x53.0mm

x/mm010********

△x/mm-53-43-33-23-13-3

Bm/mT

测量值0.4190.4620.5020.5360.5550.564

Bm/mT

标准值0.4250.4740.5190.5570.5840.597

Bm/mT

误差值0.0060.0120.0170.0210.0290.033

x/mm60708090100110

△x/mm71727374757

Bm/mT

测量值0.5560.5330.5000.4600.4150.368

Bm/mT

标准值0.5940.5750.5440.5020.4550.406

Bm/mT0.0380.0420.0440.0380.0400.038

六、误差分析：

1.系统误差：

1)线圈的半径不准；

2)刻度尺的刻度不准；

3)电流在实验过程中略微变小。

2.偶然误差：

1)周围环境的变化引起磁场的变化；

2)读数时的误差；

3)仪器显示示数变化较快，单线圈环心的刻度读取错误；

七、思考题：

1.单线圈轴线上磁场的分布规律如何？亥姆霍兹线圈是怎样组成的？其基本条件有哪些？它的磁场分布特点又怎样？

1)单线圈轴线上磁场的分布规律：单线圈轴线上磁场方向垂直于线圈平面,方向用右手螺旋定则判断，大小

B=μ0IR2/2（R2+x2）3/2越靠近圆心B越大。

2)亥姆霍兹线圈的组成：亥姆霍兹线圈由两个半径和匝数完全相同的线圈组成，两线圈彼此平行且共轴，串接而成，间距等于半径R，通以同方向电流I。

3)亥姆霍兹线圈的基本条件：两个圆形线圈之间的平均距离d恰好等于圆形线圈的平均半径R。

4)亥姆霍兹线圈的磁场分布特点：能够在较大空间内能产生高度均匀的磁场。

2.分析用霍尔效应测量磁场时，当流过线圈中的电流为零时，显示的磁场值不为零？

因为地磁场和环境磁场的存在。

3.分析圆电流磁场分布的理论值与实验值的误差产生的原因？

1)连接导线产生的磁场；

2)环境磁场的变化；

3)读数时示数在不断地波动，造成误差；

4)环心的刻度读数有误差；

八、附上原始数据：